Производство современных чипов зависит не только от кремния, инженеров и литографов, но и от промышленных газов. Они используются для охлаждения пластин, очистки поверхностей и работы ключевых технологических процессов в целом. Пока поставки стабильны, эти материалы остаются незаметными. Но даже небольшие перебои сразу отражаются на стоимости и объемах выпуска полупроводников. Именно это сейчас и происходит. В Южной Корее дефицит высокочистого углекислого газа. Он очень нужен для сверхкритической очистки пластин. При этом отрасль продолжает ощущать последствия перебоев с поставками гелия. Давайте разбираться, что случилось и насколько все сложно.
Почему эти газы так важны
Гелий используют в производстве чипов благодаря его высокой теплопроводности и химической инертности. Прежде всего он нужен для отвода тепла от кремниевой пластины во время плазменного травления и осаждения тонких слоев. Если температура отклоняется даже на несколько градусов, нарушается равномерность обработки, растет количество дефектов и снижается выход годных кристаллов. Кроме того, гелий применяют для охлаждения оптических систем литографов и в качестве газа-носителя в некоторых технологических процессах. Заменить его можно, но другие газы хуже отводят тепло, поэтому оборудование пришлось бы переводить на более медленные режимы работы.
Углекислый газ здесь выполняет совсем другую задачу — очистку полупроводниковых пластин. При высокой температуре и давлении он приобретает свойства сразу жидкости и газа: легко проникает в самые мелкие структуры и удаляет остатки фоторезиста и загрязнения, не повреждая тонкие элементы. Обычная жидкостная очистка на таких техпроцессах уже не всегда подходит, поскольку поверхностное натяжение может разрушить хрупкие структуры. Именно поэтому этот метод стал важной частью производства современных чипов.
Аргон и азот тоже относятся к числу основных газов, без которых не обходится ни одна современная фабрика. Аргон используют при плазменном травлении и нанесении тонких пленок: он помогает поддерживать стабильную плазму и точно контролировать обработку поверхности. Азот в больших объемах применяют для создания инертной среды в технологических камерах и транспортных системах, а также для продувки оборудования, чтобы исключить попадание кислорода и влаги. Неона требуется значительно меньше, но без него не работают эксимерные лазеры, используемые в установках глубокой ультрафиолетовой литографии.
Производители чипов годами оптимизировали процессы под конкретные характеристики этих газов. Переход на альтернативы потребовал бы переоснащения дорогостоящих установок стоимостью сотни миллионов долларов. В результате даже временные перебои в поставках вынуждают компании либо снижать загрузку линий, либо мириться с ростом издержек, которые в конечном счете отражаются на стоимости готовых компонентов. Когда с газом все в порядке, об этом никто не думает. Когда он начинает заканчиваться, становится видно, насколько сильно вся цепочка зависит от этих расходников.
Новые GPU в облаке Selectel от 132,18 ₽/час
Видеокарты для ресурсоемких задач — NVIDIA® H200, RTX™ 6000 Pro.
Что происходит с гелием
В начале года возникли серьезные перебои с поставками гелия от одного из крупнейших мировых производителей. Многие фабрики в Южной Корее и на Тайване были вынуждены ввести жесткие ограничения на его использование. Запасы быстро сокращались, найти дополнительные объемы оказалось непросто.
Особенно остро проблема ощущается на фабриках по выпуску памяти, где гелий активно используют для охлаждения пластин на ключевых этапах производства. Если его начинает не хватать, предприятия в первую очередь направляют имеющиеся запасы на самые критичные процессы, а часть операций приходится выполнять медленнее. Одновременно обостряется конкуренция за новые поставки: компании с долгосрочными контрактами чувствуют себя гораздо увереннее, тогда как тем, кто закупает газ на спотовом рынке, приходится платить значительно больше или снижать загрузку производственных линий.
Проблема еще и в том, что гелий получают в основном как побочный продукт при добыче и переработке природного газа. Быстро увеличить его производство невозможно: разработка новых месторождений и строительство необходимой инфраструктуры занимают годы, а основные объемы сосредоточены всего в нескольких странах. Поэтому даже после восстановления поставок рынок еще некоторое время будет испытывать дефицит. Для производителей чипов это означает дополнительные расходы и необходимость осторожнее планировать расширение производства, учитывая риски с поставками одного из важнейших технологических газов.
С углекислым газом тоже все непросто
В Южной Корее уже несколько месяцев ощущается нехватка высокочистого углекислого газа, который используют для очистки полупроводниковых пластин. По данным отраслевых источников, запасов у местных производителей осталось меньше чем на месяц работы. С начала года цены на сжиженный углекислый газ выросли примерно на 20%, а найти дополнительные объемы оказалось непросто даже по более высокой цене. Поскольку Samsung и SK Hynix ежемесячно потребляют большие объемы этого газа, им пришлось срочно искать новых поставщиков и альтернативные каналы поставок.
В Южной Корее загрузка части нефтехимических предприятий снизилась, из-за чего предложение на внутреннем рынке сократилось. Закупить газ за рубежом можно, но это не так просто: для перевозки и хранения требуются специальные емкости, а каждая партия должна соответствовать высоким требованиям по чистоте. Поэтому даже готовность платить больше не всегда позволяет быстро решить проблему.
Пока до серьезных остановок линий дело не дошло, однако уже вынуждает Samsung и SK Hynix диверсифицировать источники и, возможно, корректировать производственные планы. В условиях, когда рынок памяти уже демонстрировал рост цен с начала года, дополнительное удорожание одного из ключевых расходников усиливает общую тенденцию. Для отрасли в целом это еще один сигнал о том, что даже эти материалы требуют такого же внимания, как и основные компоненты оборудования или кремниевые пластины.
Чему научили предыдущие кризисы
Похожие ситуации уже возникали. В 2022 году полупроводниковая отрасль столкнулась с дефицитом неона — газа, который используется в эксимерных лазерах установок глубокой ультрафиолетовой литографии. Тогда значительная часть мировых поставок зависела от нескольких предприятий, и после их остановки цены на неон выросли в несколько раз. Со временем производители нашли новых поставщиков в других странах и постепенно снизили зависимость от одного региона. Этот случай до сих пор считается одним из наиболее удачных примеров диверсификации поставок.
С тех пор производители стали гораздо внимательнее относиться к рискам, связанным с поставками критически важных материалов. Однако полностью избавиться от зависимости от нескольких крупных поставщиков пока не удалось. Компании и государства ищут новых поставщиков, развивают технологии повторного использования газов и стараются снизить их расход. Но это сложно, долго и дорого.
Новые мощности тоже не появляются быстро: их запуск обычно занимает несколько лет. Поэтому отрасли приходится постоянно учитывать риск новых перебоев с поставками и резких скачков цен. Особенно остро эта проблема ощущается сейчас, когда спрос на чипы для искусственного интеллекта и центров обработки данных продолжает быстро расти.
Снова цены вырастут
Пока дефицит промышленных газов не привел к остановке крупных фабрик. Но вот расходы производителей постоянно растут. Почему? Компаниям приходится переплачивать за сырье, искать новых поставщиков и формировать дополнительные запасы, а все эти затраты в конечном итоге закладываются в стоимость готовой продукции.
Особенно чувствителен рынок памяти, где Южная Корея остается одним из мировых лидеров. Любые сложности у Samsung или SK Hynix быстро отражаются на ценах DRAM и NAND, а затем — на стоимости SSD, видеокарт, серверов и другой электроники. Если перебои с поставками затянутся, производителям придется перераспределять мощности между разными продуктами, что лишь усилит давление на рынок.
При этом проблема не ограничивается текущими ценами. Производители вынуждены пересматривать стратегии закупок, заключать долгосрочные контракты и увеличивать страховые запасы. Все это делает производство дороже даже в периоды, когда непосредственной угрозы остановки фабрик уже нет.
В долгосрочной перспективе отрасль, скорее всего, будет двигаться в сторону большей диверсификации источников и развития систем рекуперации. Уже сейчас некоторые компании активно работают над снижением удельного потребления гелия и поиском новых месторождений. Но, как и говорилось выше, полностью уйти от зависимости от нескольких ключевых поставщиков в ближайшие годы вряд ли получится. Спрос на передовые чипы продолжает расти, особенно в сегменте, связанном с искусственным интеллектом, а это значит, что и потребность в стабильных поставках специальных газов будет только увеличиваться.
Полупроводниковая отрасль давно научилась справляться с нехваткой микросхем, оборудования и даже отдельных материалов. Но события последних месяцев показали, что слабым звеном могут оказаться самые обычные промышленные газы. Ранее об их запасах или доступности никто и не думал, ведь всегда все было. Но все меняется. Чем сложнее становятся технологии, тем больше вероятность, что следующий кризис начнется не из-за кремния или литографов, а из-за очередного расходного материала, о котором еще вчера почти никто не вспоминал.
